PL194317B1

PL194317B1 - Sposób i układ do wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych

Info

Publication number: PL194317B1
Application number: PL333404A
Authority: PL
Inventors: Wilhelm Hackmann
Original assignee: Daimlerchrysler Rail Systems; Daimlerchrysler Rail Systems Gmbh
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2007-05-31
Also published as: ATE426818T1; EP0961130B1; DE19823787C2; EP0961130A1; DE59914984D1; PL333404A1; DE19823787A1

Abstract

1. Sposób wczesnego rozpoznawania uszkodzen wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzy- staniem pradu silnika jako sygnalu pomiarowego i zastosowaniem analizy widmowej pradu silnika dla wyznaczenia widmowych skladowych zaklócajacych jako wielkosci znamionujacych uszkodzenie wirnika, przy czym sygnaly pomiarowe przeksztalca sie w dane cyfrowe i analizuje za pomoca komputera, zwlaszcza komputera osobistego, znamienny tym, ze jako sygnaly pomiarowe wykorzystuje sie ……….. 8. Uklad do wczesnego rozpoznawania uszko- dzen wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzystaniem pradu silnika jako sygnalu pomia- rowego i analiza widmowa pradu silnika dla wyzna- czenia widmowych skladowych zaklócajacych jako wielkosci znamionujacych uszkodzenie wirnika, przy czym sygnaly pomiarowe sa przeksztalcane na dane cyfrowe i analizowane w komputerze, znamienny tym, ze zaopatrzony jest w system zbierania danych pomiarowych (1) z wejsciami dla sygnalów pomiaro- wych pradów silnika (i v(t), i u(t)) i sygnalu predkosci obrotowej (n) silnika i z wyjsciami, …………………… PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych.

Maszyny asynchroniczne z wirnikiem klatkowym stosuje się jako napędy o zmiennej prędkości obrotowej w elektrycznych pojazdach szynowych. Klatki wirnika tych maszyn asynchronicznych podczas eksploatacji falownika podlegają różnorodnym obciążeniom, które w przypadku krańcowym mogą prowadzić do uszkodzeń wirnika, to znaczy rys pręta wirnika lub jego pęknięcia. Uszkodzenia te powodują przeciążenie sąsiednich prętów i często przyczyniają się do rozprzestrzenienia uszkodzeń, a w przypadku krańcowym do całkowitego wyłączenia silnika. Z tego względu pożądane jest wczesne rozpoznanie uszkodzonych wirników.

Wiadomo z literatury, że przerwany pręt wirnika prowadzi do zniekształcenia pola szczeliny powietrznej, jak to przedstawiono na przykład w publikacjach: W. Deleroi „Pęknięcie pręta w wirniku klatkowym silnika asynchronicznego”, Archiwum Elektrotechniki 67, 1984; R. Krebs „Anizotropie wirnika w przypadku maszyn asynchronicznych z wirnikiem klatkowym”, Archiwum Elektrotechniki 71, 1988. Zniekształcenie pola szczeliny powietrznej może być opisywane jako przemieszczenie niezakłócanego pola i związanego przestrzennie z wirnikiem pola zakłócenia. W związku z tym szczególnie istotne są współbieżne i przeciwbieżne składowe pola zakłócenia określonej liczby par biegunów.

W opisie patentowym DE 36 00814 C2 przedstawiono elektryczne urządzenie pomiarowe do wykrywania błędów uzwojenia w stojanie maszyn o wirującym polu magnetycznym, za pomocą którego mierzy się zmiany widma pola w szczelinie powietrznej maszyny w stanie zakłóconym i porównuje z widmem pola w eksploatacji bezzakłóceniowej. Urządzenie pomiarowe wymaga umieszczenia cewek pomiarowych w rowkach pakietu blach stojana.

Podobne systemy cewek pomiarowych, które są dopasowane do pól szczeliny powietrznej, występujących w przypadku elektrycznych niesymetrii układu trójfazowego, są przedstawione w opisie patentowym DE 29 21 724 A1.

Ponadto znane jest bezstykowe rozeznanie za pomocą sondy pola magnetycznego w celu wykrywania pęcherzy, rys i przerw w pierścieniach wirnika klatkowego i/lub prętach wirnika, co przedstawiono w opisie ogłoszeniowym DE 28 27 203 i opisie patentowym DE 30 45 195 A1.

Pomiar pochodzących z pola zakłóceń magnetycznych strumieni zakłócających, za pomocą cewki probierczej, wymaga dodatkowych nakładów konstrukcyjnych, a przy tym jest silnie podatny na sprzężenia zakłóceniowe.

Z opisu patentowego EP 0250 799 B1 jest znany sposób kontroli stanu maszyn asynchronicznych, przez określenie parametrów, charakteryzujących stan maszyny asynchronicznej, z kompleksowych impedancji wejściowych, ustalonych w przypadku pracującej maszyny asynchronicznej. Za pomocą tego sposobu zwłaszcza możliwe jest określenie wielkości szczeliny powietrznej poprzez kontrolę głównej indukcyjności, a tym samym stanu uszkodzeń łożyska, zakrzywień wału lub tym podobne.

Ponadto, w opisie patentowym EP 0675 369 A2 jest przedstawiony system diagnozowania dla wirujących maszyn elektrycznych, w którym zaproponowano przetworzenie sygnału pomiarowego na dane cyfrowe i ich ocenę w mikroprocesorze.

Niedogodnością tych wszystkich znanych rozwiązań jest to, że nie zapewniają one w dostatecznym stopniu i w sposób niezawodny, za pomocą prostych środków i w warunkach przestrzennych eksploatacji podczas jazdy, wczesnego rozpoznawania nawet niewielkich uszkodzeń wirnika.

Sposób wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzystaniem prądu silnika jako sygnału pomiarowego i zastosowaniem analizy widmowej prądu silnika dla wyznaczenia widmowych składowych zakłócających jako wielkości znamionujących uszkodzenie wirnika, przy czym sygnały pomiarowe przekształca się w dane cyfrowe i analizuje za pomocą komputera, zwłaszcza komputera osobistego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako sygnały pomiarowe wykorzystuje się dwa prądy silnika, dodatkowo mierzy się prędkość obrotową silnika, z widm częstotliwościowych prądów silnika wyznacza się składowe częstotliwościowe o tej samej kolejności faz, co drganie podstawowe, w tym widmie wyznacza się częstotliwość f1 drgania podstawowego, a za pomocą wyznaczonej prędkości obrotowej wyznacza się poślizg podstawowy s i tym samym częstotliwość f_stOr widmowej składowej zakłócenia z wykorzystaniem liczby p par biegunów fali podstawowej niezakłóconego pola w szczelinie powietrznej i rzędu λ, zakłóceń harmonicznych pola, według wzoru:

PL 194 317 B1 stor (1-s)+s ponadto w widmie wyznacza się wartość skuteczną składowej widmowej o częstotliwości podstawowej i wartość skuteczną składowej widmowej zakłócającej o częstotliwości zakłócenia, a wyznaczoną wartość skuteczną składowej widmowej zakłócającej, przy założeniu stałej prędkości obrotowej w czasie pomiaru niezbędnym dla analizy widmowej prądu silnika, protokołuje się jako wielkość charakteryzującą uszkodzenie wirnika.

Korzystnym jest, że w widmie sygnałów pomiarowych prądów silnika wyznacza się widmową składową zakłóceń o częstotliwości zakłóceń, która ma taką samą kolejność faz, co drganie podstawowe i częstotliwość określoną wzorem: fstor = (1-2s)f1, gdzie f1 oznacza częstotliwość podstawową, a s poślizg podstawowy.

Korzystnym jest, że do pomiaru prędkości obrotowej silnika wykorzystuje się impulsy z przyrostowego czujnika silnika, które pobiera się za pomocą systemu zbierania danych pomiarowych i doprowadza się przez przewody do transmisji danych pomiarowych i interfejs do komputera.

Korzystnym jest, że sygnały pomiarowe prądów silnika za pomocą urządzenia filtrującopróbkującego poddaje się filtrowaniu dolnoprzepustowemu z próbkowaniem i jako przekształcone na postać cyfrową transmituje się do komputera.

Korzystnym jest, że impulsy do pomiaru prędkości obrotowej silnika analizuje się w interfejsie czujnika przyrostowego systemu zbierania danych pomiarowych i przekazuje się do komputera jako przebieg czasowy prędkości obrotowej silnika.

Korzystnym jest, że czas pomiaru wynosi przynajmniej 5 sekund.

Korzystnym jest, że w widmie sygnałów pomiarowych prądów silnika wyznacza się składowe symetryczne.

Układ do wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzystaniem prądu silnika jako sygnału pomiarowego i analizą widmową prądu silnika dla wyznaczenia widmowych składowych zakłócających jako wielkości znamionujących uszkodzenie wirnika, przy czym sygnały pomiarowe są przekształcane na dane cyfrowe i analizowane w komputerze, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zaopatrzony jest w system zbierania danych pomiarowych, z wejściami dla sygnałów pomiarowych prądów silnika i sygnału prędkości obrotowej silnika i z wyjściami, które za pośrednictwem przewodów do transmisji danych pomiarowych połączone są z komputerem do przetwarzania danych pomiarowych, który to komputer ma wyjścia sygnału wartości częstotliwości podstawowej, wartości skutecznej składowej widmowej składnika o częstotliwości podstawowej, częstotliwości składowej zakłócającej, wartości skutecznej widmowej składowej zakłóceń, jak również wyjście połączone z szyną protokołowania. Ponadto, do kontroli wiarygodności urządzenie zaopatrzone jest w sprzężenie zwrotne od komputera do systemu zbierania danych pomiarowych.

Korzystnym jest, że system zbierania danych pomiarowych jest zaopatrzony w urządzenie filtrująco-próbkujące i przetwornik analogowo-cyfrowy dla każdego pomiarowego sygnału prądu silnika, a dla sygnału prędkości obrotowej silnika w zespół wstępnej obróbki sygnału.

Opracowany zgodnie z wynalazkiem sposób wczesnego rozpoznania uszkodzeń wirnika w maszynach asymetrycznych, zapewnia uniknięcie niedogodności stanu techniki, a dzięki prostej konstrukcji urządzeń pomiarowych zapewnia łatwe w manipulacji, niezawodne, nadające się do stosowania.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzystaniem prądu silnika jako sygnału pomiarowego i zastosowaniem analizy widmowej prądu silnika dla wyznaczenia widmowych składowych zakłócających jako wielkości znamionujących uszkodzenie wirnika, przy czym sygnały pomiarowe przekształca się w dane cyfrowe i analizuje za pomocą komputera, zwłaszcza komputera osobistego, znamienny tym, że jako sygnały pomiarowe wykorzystuje się dwa prądy silnika (iv(t), iu(t)), dodatkowo mierzy się prędkość obrotową silnika (n), z widm częstotliwościowych prądów silnika (iv(t), iu(t)) wyznacza się składowe częstotliwościowe o tej samej kolejności faz, co drganie podstawowe, w tym widmie wyznacza się częstotliwość (f1) drgania podsta4

PL 194 317 B1 wowego, a za pomocą wyznaczonej prędkości obrotowej wyznacza się poślizg podstawowy (s) i tym samym częstotliwość (f_stor) widmowej składowej zakłócenia z wykorzystaniem liczby (p) par biegunów fali podstawowej niezakłóconego pola w szczelinie powietrznej i rzędu (λ) zakłóceń harmonicznych pola, według wzoru:

stor (1-s)+s ponadto w widmie wyznacza się wartość skuteczną (Iph1) składowej widmowej o częstotliwości podstawowej (f1) i wartość skuteczną (Istor) składowej widmowej zakłócającej o częstotliwości (fstor) zakłócenia, a wyznaczoną wartość skuteczną (Istor) składowej widmowej zakłócającej, przy założeniu stałej prędkości obrotowej (n) w czasie pomiaru niezbędnym dla analizy widmowej prądu silnika, protokołuje się jako wielkość charakteryzującą uszkodzenie wirnika.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w widmie sygnałów pomiarowych prądów silnika (iv(t), iu(t)) wyznacza się widmową składową zakłóceń o częstotliwości (fstor), która mataką samą kolejność faz, co drganie podstawowe, i częstotliwość zakłócenia, według wzoru: fstor = (1-2s)f1,gdzie f1 oznacza częstotliwość podstawową, a s poślizg podstawowy.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do pomiaru prędkości obrotowej (n) silnika wykorzystujesięimpulsyzprzyrostowegoczujnikasilnika,którepobierasięzapomocąsystemuzbieraniadanychpomiarowych(1)i doprowadzasięprzezprzewodydotransmisji (2)danychpomiarowych iinterfejsdokomputera(3).
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że sygnały pomiarowe prądów silnika (iv(t), iu(t)) za pomocą urządzenia filtrująco-próbkującego (5) poddaje się filtrowaniu dolnoprzepustowemu zpróbkowaniemijakoprzekształconenapostaćcyfrowątransmitujesiędokomputera(3).
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że impulsy do pomiaru prędkości obrotowej (n) silnikaanalizujesię w interfejsie czujnika przyrostowego systemu zbierania danych pomiarowych (1) i przekazuje się do komputera (3) jako przebieg czasowy prędkości obrotowej (n) silnika.
6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym,że czas pomiaru wynosi przynajmniej 5 sekund.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że w widmie sygnałów pomiarowych prądów silnika (iv(t), iu(t)) wyznacza się składowe symetryczne.
8. Układ do wczesnego rozpoznawania uszkodzeń wirnika w maszynach asynchronicznych, z wykorzystaniem prądu silnika jako sygnału pomiarowego i analizą widmową prądu silnika dla wyznaczeniawidmowychskładowychzakłócającychjakowielkościznamionującychuszkodzeniewirnika, przyczymsygnałypomiarowesąprzekształcanenadanecyfrowei analizowanewkomputerze,znamienny tym, że zaopatrzonyjest w system zbierania danych pomiarowych (1) z wejściami dla sygnałów pomiarowych prądów silnika (iv(t), iu(t)) i sygnału prędkości obrotowej (n) silnika i z wyjściami, które za pośrednictwem przewodów do transmisji danych pomiarowych (2) połączone są zkomputerem(3)do przetwarzania danych pomiarowych, który to komputer (3) ma wyjścia sygnału wartości częstotliwości podstawowej (f1), wartości skutecznej (Iph1) składowej widmowej składnika o częstotliwości podstawowej (f1), częstotliwości składowej zakłócającej (fstor), wartości skutecznej (Istor) widmowej składowej zakłóceń, jak również wyjście połączone z szyną protokołowania (9), ponadtodokontroliwiarygodności urządzenie zaopatrzone jest w sprzężenie zwrotne (10) od komputera (3) do systemu zbierania danychpomiarowych(1).
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że system zbierania danych pomiarowych (1) jest zaopatrzony w urządzenie filtrująco-próbkujące (5) i przetwornik analogowo-cyfrowy (4) dla każdego pomiarowego sygnału prądu silnika (iv(t), iu(t)),a dla sygnału prędkości obrotowej silnika (n) w zespół wstępnej obróbki sygnału (6).